Influence de l’environnement et des conditions d’hygiène

La microflore intestinale d'un enfant né dans un pays développé diffère de celle d'un enfant né dans un pays en voie de développement ; mais dans un même pays, il y aura également une variabilité selon que l’enfant soit né en milieu rural

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ou en milieu urbain. Les conditions d'hygiène, à la maison ou en milieu hospitalier, auront également un impact.

Des études menées depuis une dizaine d’années font ressortir un retard d’implantation de la flore microbienne intestinale normale ainsi qu’une certaine évolution de ce microbiote. Ce retard est causé par des conditions d’hygiène trop strictes. Il s'agit du « syndrome d’hyper-hygiène ». [36]

Cela débute dès l’accouchement avec un nettoyage du périnée maternel et avec de nombreuses mesures drastiques d’asepsie mises en place par le personnel soignant. Et ce phénomène se poursuit le plus souvent à la maison par la nouvelle mère. Ceci réduit l’exposition de l’enfant à la flore microbienne maternelle et environnementale. Une autre étude montre également que la colonisation bactérienne d’origine entérique est retardée et ne contiendrait ainsi que deux à quatre genres bactériens à plus d’un mois de vie.

Ce syndrome d’hyper-hygiène serait en partie responsable de l’augmentation des infections néonatales à germes résistants et il serait également un élément-clé dans l’augmentation des allergies dans nos pays suite à une mauvaise orientation du système immunitaire.

c) Distribution des bactéries dans le tube gastro-intestinal humain

L’environnement gastro-intestinal comprend trois régions principales qui offrent des conditions physico-chimiques très différentes aux microorganismes qui s’y trouvent.

Le premier compartiment, l’estomac, se caractérise par la présence d’oxygène apporté par la déglutition et par une forte acidité. De ce fait, l’estomac héberge sélectivement les microorganismes acido-tolérants et anaérobies facultatifs comme les lactobacilles, les streptocoques, les levures, etc.

Dans le deuxième compartiment, l’intestin grêle, la microflore est constituée essentiellement de bactéries anaérobies facultatives tels que les lactobacilles, les streptocoques et les entérobactéries, et anaérobies strictes notamment les bifidobactéries, les bactéroides et les clostridies.

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Dans le dernier compartiment, le côlon (dépourvu d’oxygène), le transit digestif est plus lent et la flore microbienne est plus abondante, représentant 35 à 50 % du volume du contenu du côlon humain. La microflore du côlon est très complexe et est dominée par les bactéries anaérobies strictes (Bacteroides sp., Clostridium sp., Bifidobacterium sp . …). Tandis que les bactéries anaérobies facultatives sont moins nombreuses et représentées par les lactobacilles, les entérocoques, les streptocoques et les Enterobacteriaceae. Les levures (ex. Candida albicans) sont peu représentées.

La charge microbienne dans les différents compartiments a été estimée à environ : 103-4, 105-7, 107-8 et 1010-11 UFC / g dans l’estomac, le duodénum, le jéjunum, l’iléon et le côlon respectivement. [37]

Trois phyla-bactériens, Firmicutes, Bacteroidetes et Actinobacteria rassemblent la plus grande part des bactéries fécales dominantes. On y trouve les bifidobactéries (0,7 à 10 %) et les lactobacilles (2 %) [38]. La diversité des espèces bactériennes de chaque individu semble unique, mais demeure relativement stable au cours de la vie.

Toutefois, il faut noter qu’une fraction majoritaire des bactéries (environ 80%) demeure non cultivable et ce pour diverses raisons : méconnaissance des besoins de croissance de certaines bactéries, sélectivité des milieux de culture utilisés, stress dû aux conditions de culture, nécessité d’anaérobiose stricte et difficulté de simuler les interactions entre les bactéries et/ou les autres microorganismes et/ou les cellules de l’hôte. Celle-ci est donc moins explorée. Des améliorations sur la détection des bactéries intestinales ont été réalisées grâce à la biologie moléculaire basée sur l’analyse moléculaire des ADN et ARN 16S ribosomaux.

d) Les principaux facteurs influençant le microbiote intestinal [39]

La composition et les fonctions de la microflore du tractus gastro-intestinal sont influencées par des facteurs exogènes et endogènes. Les facteurs exogènes incluent les changements des conditions physiologiques de l’hôte (âge, état de santé, etc.), la composition du régime alimentaire et l’influence de l’environnement (contamination par les pathogènes, antibiothérapie, chimiothérapie, climat, stress,

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hygiène…). Les facteurs endogènes incluent un ensemble de secrétions du tube digestif mais aussi des métabolites des premiers microorganismes colonisateurs qui globalement conditionnent le milieu physico-chimique du biotope. Différents facteurs peuvent perturber l’équilibre de l’écosystème intestinal en favorisant la survie et le développement de certaines espèces par rapport à d’autres. Dans certains cas, ce déséquilibre peut être favorable à la prolifération de microorganismes opportunistes pathogènes pouvant compromettre la santé et le bien-être de l’hôte.

Le microbiote intestinal exerce de nombreuses fonctions physiologiques dont la plupart d’entre elles sont nécessaires et bénéfiques pour le maintien de la santé de l’hôte.

Le premier rôle de la flore intestinale est purement digestif. [40]

En effet, certains éléments de nos aliments ne peuvent être digérés sans leur intervention - c'est le cas par exemple de certaines fibres. Les bactéries vont alors les consommer et les digérer, produisant au passage des nutriments dont nous avons besoin, comme certaines vitamines. La flore intestinale peut métaboliser de nombreuses substances d’origine exogène (les résidus alimentaires non digérés dans la partie supérieure du tractus digestif) et endogène (mucopolysaccharides, cellules desquamées et enzymes synthétisés par l’hôte). La dégradation et la fermentation de ces substrats conduisent ensuite à la production de vitamines B (B1, B2, B6 et B12) et de vitamine K, ou encore de divers métabolites comme des acides gras à chaîne courte (AGCC). Exemple des stérols: environ 1 gramme de cholestérol arrive tous les jours au côlon. Il y sera métabolisé par la microflore intestinale. Cette transformation conduit à la synthèse de deux produits : la coprostanone et le coprostanol, qui seront ensuite excrétés dans les selles. Les bactéries responsables de cette métabolisation sont des genres Eubacterium, Clostridum, Bifidobacterium et Bacteroides. Le Lactobacillus fermentum KC5b métabolise de grandes quantités de cholestérol. Les réactions en causes sont des β-hydroxydations, une isomérisation et des réductions. [41]

Les acides biliaires sont également métabolisés. Dans un premier temps ils sont synthétisés au niveau du foie à partir du cholestérol, par conjuguaison à la

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glycine ou à la taurine grâce à une liaison amide. Cette conjugaison aboutit à la formation des acides biliaires primaires: les acides choliques et chénodésoxycholique. A peu près cinq pour cent de ces sels biliaires primaires échapperont au cycle enterohépatique et seront retrouvés au niveau du côlon. Là le microbiote intestinal les prendra en charge, pour effectuer une déconjugaison, et former, si on se base sur l’analyse de selles humaines, plus de vingt acides biliaires secondaires.

L’ensemble de ces productions fournit aux bactéries l’énergie nécessaire à leur croissance et au maintien de leurs fonctions cellulaires. Ces activités sont également importantes pour l’hôte puisque:

1: Les métabolites formés sont, pour la plupart, absorbés et utilisés par l’organisme.

2: Ils facilitent par ailleurs l’absorption des ions, le métabolisme des xénobiotiques, le métabolisme hépatique des lipides et facilite le transit intestinal de par leur capacité d’effet de masse.

3: La fermentation des glucides, en stimulant la protéosynthèse microbienne, contribue largement à diminuer la disponibilité de nombreux métabolites potentiellement toxiques dérivés des protéines.

Il a été clairement montré que le microbiote intestinal contribue à l’absorption par l’hôte de glucides et de lipides et régule le stockage des graisses. Un équilibre modifié du microbiote intestinal a été observé chez des souris obèses qui présentaient une proportion plus importante de Firmicutes associée à une plus faible population de Bacteroidetes. La présence du microbiote aboutit à une augmentation du stockage de triglycérides dans les adipocytes ainsi qu’à une activité lipoprotéine lipase plus élevée. [42]

Une récente étude nous fait savoir qu'il existe chez les différents individus une inégalité devant la nourriture et la prise de masse. Certaines personnes mangeant modérément prennent du poids rapidement, malgré leurs efforts. Ceci serait dû en partie à une inégalité de ces personnes au niveau des bactéries

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présentes dans leurs intestins. Les personnes obèses auraient une flore bactérienne plus efficace pour l'extraction des sucres que les autres. [43]

Selon l'étude, la composition bactérienne du microbiote permet d’identifier deux catégories d’individus, les sujets à faible nombre de gènes (LGC : Low Gene Count) et ceux à nombre de gènes élevé (HGC : High Gene Count).

Il apparaît que les sujets LGC présentent des risques accrus de pathologies liées à l’obésité tels le diabète gras, les problèmes hépatiques, et présentent des marqueurs d'inflammation sanguins en quantité plus importante, quand ils sont comparés aux sujets HGC. De plus, les sujets LGC possèdent de par leur génome microbial un potentiel de production de métabolites néfastes pour l'organisme plus important que les sujets HGC.

Comme le montre le tableau 2 suivant, les sujets HGC présentent globalement un phénotype plus sain que les sujets LGC :

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Certaines espèces bactériennes bien spécifiques semblant limiter la prise de poids avec le temps sont trouvées en faible quantité ou simplement absentes chez les sujets LGC. Il suffit d'analyser les populations de seulement 6 espèces bactériennes pour pouvoir classer un sujet dans le groupe LGC ou HGC, avec une précision très satisfaisante. Cela laisse envisager la possibilité d'un dépistage simple des personnes à risque d’obésité accru par analyse de leur microbiote, et également la génération de nouveaux probiotiques permettant de lutter contre l’obésité et ses pathologies associées.

Par ailleurs, les bactéries de notre flore intestinale ont un rôle immunitaire très important puisqu'elles nous protègent de germes pathogènes (qui rendent malade). Les bactéries commensales occupent des sites potentiels de colonisation par les pathogènes en empêchant la pénétration d'antigènes nuisibles et en évitant ainsi la pullulation de germes pathogènes. Elles consomment les nutriments du milieu, limitant la source de nutriments disponibles pour les espèces pathogènes et entrent en compétition avec ces dernières pour l’accès aux récepteurs de l’hôte. Pour ce faire, chaque espèce dispose d'armes qui lui sont propres. Chaque souche bactérienne (notamment nos bactéries commensales) à la capacité de sécréter différents peptides antimicrobiens (AMP) appelés bactériocines qui sont redoutablement efficaces pour combattre de nombreuses autres espèces. [44]

La première bactériocine à avoir été identifiée en 1925 fut nommée colicine en raison de son efficacité contre E.coli. Depuis, environ 200 bactériocines différentes (par leurs structures et leur mode d'action) ont été étudiées. Elles ont en général une efficacité spécifique contre des espèces voisines de celles par lesquelles est sont produites. L'avantage par rapport aux antibiotiques, est que les bactériocines sont capables de cibler uniquement les bactéries pathogènes sans nuire à celles qui sont utiles à notre système. Il existe même des bactériocines dont le champ d'action (comparable au spectre d'un antibiotique) s'étend à certains protozoaires, levures, champignons et virus. [45]

Quoi qu'il en soit, la présence en nombre de toutes les bactéries utiles rend la survie des autres germes plus difficile car elles occupent déjà la place : la nourriture est plus difficile à trouver, tout comme les endroits où s'installer. En plus, la flore intestinale modifie le pH de l'intestin qui devient du coup un endroit hostile pour les germes. C'est ce rôle qui explique que les traitements par

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antibiotiques, faits pour éliminer certaines bactéries et qui déséquilibrent donc la flore intestinale, favorisent la survenue de diarrhées parfois sévères. Comme les "bonnes" bactéries sont éliminées en partie, cela laisse plus de champ aux "mauvaises" qui peuvent donc nous rendre malades.

Les bifidobactéries et les lactobacilles, ainsi que certains entérocoques, streptocoques et bactéroïdes, se distinguent par leurs effets bénéfiques sur la santé de l’hôte, tels que l’amélioration de la maturation et de l’intégrité de l’intestin et la modulation de la fonction immunitaire.

Le microbiote représente donc le premier maillon d'un système complexe appelé système immunitaire intestinal.

e) Le système immunitaire intestinal (SII)

Le système immunitaire intestinal doit reconnaître et éliminer des nombreux micro-organismes pathogènes et toxines présentent sur la muqueuse intestinale. En même temps, il ne doit pas déclencher de réponses immunitaires contre des antigènes alimentaires et des bactéries commensales. Le SII est donc capable d’élaborer deux types de réponses contradictoires, défense ou tolérance, et les mécanismes par lesquels il effectue ce choix ne sont pas encore complètement élucidés. [46]

La tolérance induite par voie orale se définit par la suppression des réponses immunes humorales et cellulaires spécifiques de la protéine ingérée. Il est particulièrement important en nutrition d’empêcher l’émergence des réactions d’hypersensibilité, dont l’allergie, aux protéines alimentaires. Son site d’induction pourrait être la plaque de Peyer (présence de LT régulateurs et de cytokines inhibitrices de la réponse immune TGF-β et IL10), mais aussi l’entérocyte qui est une source importante de TGF-β. La perméabilité intestinale a été proposée comme jouant aussi un rôle dans l’introduction ou non de la tolérance orale, son augmentation étant souvent associée à une rupture de tolérance orale sans que l’on sache vraiment si elle en est la cause ou la conséquence. La dose d’antigène et les bactéries de la flore intestinale influencent aussi fortement l’induction et le maintien dans le temps de la tolérance orale.

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f) Relations des composants de l’écosystème gastro-intestinal [47]

Les relations entre les microorganismes et l’hôte peuvent être de trois types: symbiose, commensalisme et parasitisme. Le commensalisme est une association étroite entre différentes espèces qui vivent de façon telle que l’une d’entre elles en tire bénéfice mais sans nuire aux autres espèces, le contraire du parasitisme. La symbiose est l’association étroite (cohabitation) entre deux organismes, chacun tirant un bénéfice de l’autre.

Dans la relation symbiotique, les bactéries profitent d'une température stable, de l’oxygène et d’un apport nutritif. Les hôtes tirent profit d’une capacité métabolique et/ou digestive plus importante et de l'exclusion compétitive des pathogènes.

Les relations entre le microbiote intestinal et son hôte sont de type symbiotique. Cette flore est relativement stable pour un individu donné et plusieurs facteurs de l’hôte contrôlent sa composition comme le sexe, l’âge et l’état de santé, etc. Ces bactéries et leur hôte ont développé fortement des outils sophistiqués de communication qui permettent de maintenir ou rétablir l’état de santé par leurs effets combinés. Ainsi à la naissance, l’acquisition de la flore intestinale s’accompagne d’une maturation de la muqueuse intestinale et le système immunitaire exerce une action sur la flore intestinale.

Les effets des bactéries introduites par l’alimentation sont assez mal connus que ce soit sur l’évolution de la flore elle-même ou sur l’effet de ces bactéries exogènes pour l’hôte. Comment l’hôte distingue-t-il les bactéries exogènes pathogènes des bactéries exogènes inoffensives? Ces bactéries inoffensives sont-elles neutres pour l’hôte ou bien apportent-elles un plus? Une chose est certaine, les bactéries probiotiques d’origine alimentaire contribuent aussi à l’équilibre de cet écosystème.

i.Le microbiote et l’épithélium intestinal [48]

Les bactéries contribuent au développement de la muqueuse en facilitant la prolifération et la différenciation épithéliale. Le renouvellement de l’épithélium

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colique apparaît ralenti en absence de flore intestinale. La vitesse de production de cellules par les cellules de la crypte est ainsi réduite d’environ 20%.

Les réseaux de vaisseaux sanguins des villosités intestinales de souris adultes initialement axéniques est deux fois moins dense par rapport aux souris conventionnelles. Le microbiote intestinal joue donc un rôle important dans l'angiogenèse intestinale.

D’autres effets de la flore intestinale sur le métabolisme de l’hôte ont été mis en évidence par comparaison entre les animaux axéniques et les animaux conventionnels. Les animaux axéniques présentent une vascularisation de l’intestin plus faible, des activités enzymatiques digestives réduites, une couche de mucus plus importante, une susceptibilité aux infections augmentée ou encore un besoin calorique supérieur de 20 à 30 % par rapport à des animaux conventionnels.

Des bactéries commensales et probiotiques ainsi que leurs facteurs solubles peuvent directement interagir avec l'épithélium intestinal et peuvent modifier des propriétés de la surface de cellules épithéliales. Un tel type d’interaction, peut aider à protéger l'hôte contre une grande variété de microbes pathogènes qui emploient des motifs glycanes comme cibles normales pour envahir les cellules intestinales.

D’autres études ont montré que plusieurs propriétés de l’intestin dépendaient principalement du dialogue mutuel entre l'épithélium et des bactéries : la production de matrilysine, une métallo-protéase impliquée dans le contrôle d’activation de pro-défensines, un changement global du profil transcriptionel des cellules intestinales, des modifications de la vascularisation intestinale, une modification de propriétés myo-électriques intestinales, une induction de gènes spécifiques, par exemple des facteurs angiogéniques.

ii. La flore intestinale et la fonction cérébrale [49] [50]

 Généralités

Tous les humains hébergent dans leurs intestins un écosystème microbien. L'ensemble des génomes de ces micro-organismes forme ce que les biologistes nomment le métagénome intestinal humain. Les nombreuses et intenses recherches

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dont il est l'objet, ont fait de ce métagénome humain l'attraction du 3ème congrès international MetaHIT (projet financé par la commission européenne, réunissant des partenaires universitaires et industriels de 8 pays, et dont le but est d'étudier et de comprendre le rôle du microbiome humain dans le maintien de la bonne santé et l'apparition de la maladie et d'utiliser cette connaissance pour améliorer la capacité à prévenir et traiter certaines maladies). Ce congrès a réuni 600 chercheurs à Paris du 19 au 21 Mars 2012.

L'espèce humaine estime être hautement évoluée. Toutefois, nous sommes bien moins humains que nous le pensons. En mettant en parallèle les quelques 30 000 gènes environ du corps humain aux plus de 3 millions de gènes bactériens que nous abritons, nous pourrions conclure que nous ne sommes humains qu’à 1%. De plus, nous ne commençons que maintenant, à réaliser l'impact de nos bactéries symbiotiques sur notre vie quotidienne.

La flore intestinale, peuplant notre intestin a un impact significatif sur la biochimie et le développement du cerveau, et influence par conséquent notre comportement à l’âge adulte. [51] Non seulement les microbes sont capables d’altérer la transmission du signal entre les cellules bien qu’étant emprisonnés à bonne distance dans l’intestin, mais ils ont également l’étonnante capacité d’influencer les cellules du cerveau afin qu’elles activent ou inhibent certains gènes spécifiques.

 Relation directe entre l’intestin et le cerveau

Il existe une relation directe bidirectionnelle entre l’intestin et le cerveau. En effet, la digestion et l’assimilation des aliments n’est pas la seule fonction de l’intestin. Il contient plus de 100 millions de neurones, sécrète au moins 20 neurotransmetteurs identiques à ceux que l’on trouve dans le cerveau, produit 70 à 85 % des cellules immunitaires de l’organisme et héberge 100 000 milliards de bactéries.

Ces bactéries sont impliquées dans l’apparition de troubles neurologiques et comportementaux. Par exemple, les bactéries intestinales peuvent avoir une influence sur l’absorption par le corps de la vitamine B6, cette dernière ayant à son

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tour une influence profonde sur la santé des cellules nerveuses et musculaires. La réponse immunitaire est modulée par cette flore intestinale, qui peut influencer l'apparition de maladies auto-immunes telles que la sclérose en plaques. Elles ont prouvé leurs capacités à influencer les comportements de type anxieux. Dans l’autisme et d’autres troubles envahissants du développement (TED), des études montrent que des souches spécifiques de bactéries présentes dans l’intestin sont altérées et que des problèmes gastro-intestinaux exacerbent les troubles du comportement. Récemment un test biochimique de l’autisme a été élaboré, et il est basé, en partie, sur les métabolites bactériens.

Si le rôle qu'exerce le microbiote intestinal dans la maturation du système immunitaire est largement reconnu, il est plus difficile, à première vue de concevoir que la flore intestinale puisse avoir un impact sur les fonctions cérébrales et le